Project Solaris: Wewnątrz śmiałego planu ESA wykorzystania energii słonecznej z kosmosu

Pod koniec listopada 2022 r. grupa europejskich ministrów nauki spotkała się w Paryżu, aby ustalić listę priorytetów Europejskiej Agencji Kosmicznej na najbliższe trzy lata. Decyzja, którą tam podjęli, może pomóc Europie odzwyczaić się od paliw kopalnych i zapewnić państwom członkowskim ESA, w tym Wielkiej Brytanii, bezpieczne źródło energii w przyszłości. Ten, który dali zielone światło, to Solaris, śmiały projekt mający na celu zbadanie wykonalności budowy komercyjnych elektrowni na orbicie.

Te elektrownie będą działać na słońcu. Będą one wyposażone w niezwykle duże panele słoneczne, które pochłaniają energię słoneczną i przetwarzają ją na energię elektryczną. Następnie wysyłają go z powrotem na Ziemię w postaci mikrofal. Na ziemi ogromne anteny zbierające odbierałyby te sygnały i dostarczały powstałą energię bezpośrednio do sieci energetycznej.

Brzmi to jak science fiction, ale jak zauważa dr Sanjay Vijendran z Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), w rzeczywistości robiliśmy coś bardzo podobnego przez ostatnie 60 lat. „Każdy satelita komunikacyjny od lat 60. jest w zasadzie satelitą zasilanym energią słoneczną w kosmosie w formacie mini” – mówi.

Dzieje się tak, ponieważ te satelity wytwarzają energię elektryczną za pomocą swoich paneli słonecznych i wykorzystują ją do wysyłania wiadomości z powrotem na Ziemię, które są następnie przekształcane z powrotem w sygnały elektryczne, aby można było odczytać dane. „Fizyka związana z całą tą serią jest dokładnie taka sama jak energia słoneczna z kosmosu, ale na zupełnie inną skalę” – mówi Vijendran.

Będzie mierzyć wielkość paneli słonecznych potrzebnych do tego celu na podstawie pojemności komercyjnej na kilometr. To dziesięć razy dłużej niż panele słoneczne na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Muszą zostać zbudowane 36 000 km od Ziemi na tych samych orbitach, co satelity telekomunikacyjne, aby pozostały nad swoimi stacjami ziemskimi, i muszą być zbudowane przez roboty.

Choć może się to wydawać niezwykłe, rzecz, która powstrzymuje nas przed budową tych stacji, jest w rzeczywistości o wiele prostsza: koszt wystrzelenia materiałów w kosmos.

Tradycyjnie kosztuje około 1000 dolarów [£820] Wystrzelenie każdego kilograma w kosmos, ze względu na rozmiar satelity, spowodowałoby, że koszt wytwarzanej energii elektrycznej byłby zbyt wygórowany, aby był opłacalny komercyjnie.

Ale sytuacja szybko się zmienia. Wraz z pojawieniem się SpaceX i jego rakiet w pełni wielokrotnego użytku, koszt wystrzelenia gwałtownie spada. „Trzysta dolarów za kilogram to Święty Graal kosmicznej energii słonecznej” – mówi Johna Mankinsabyły fizyk NASA, a obecnie prezes Artemis Innovation Management Solutions LLC.

Mankins jest światowej klasy ekspertem w dziedzinie satelitów słonecznych, który od lat 90. pracował nad licznymi studiami wykonalności. Za każdym razem, gdy badał tę koncepcję, badanie pokazywało, że koszt uruchomienia był rzeczą zaporową. Ale teraz wyraźnie rozumie, że sytuacja się zmienia.

„Trzysta dolarów za kilogram nie jest możliwe jednego dnia”, mówi, „to nieuniknione w ciągu najbliższych pięciu lub siedmiu lat”.

Dlatego Europejska Agencja Kosmiczna współpracuje obecnie z przemysłem europejskim w celu opracowania dwóch niezależnych projektów kosmicznych satelitów zasilanych energią słoneczną. Rozpoczęli również program rozwoju technologii ogniw słonecznych i anten wielkoskalowych, szukając sposobów na uczynienie ich lżejszymi i bardziej wydajnymi niż obecnie.

Wielka obietnica kosmicznej energii słonecznej oznacza, że ​​nie tylko Europejska Agencja Kosmiczna przygląda się tej technologii.

W Wielkiej Brytanii firma Frazer-Nash Consultancy opublikowała we wrześniu 2021 r. raport dla rządu, w którym stwierdzono: „Kosmiczna energia słoneczna jest technicznie wykonalna, niedroga, może przynieść Wielkiej Brytanii znaczne korzyści ekonomiczne i może wspierać ścieżki Net Zero.. „

Chińczycy kontynuują też program rozwoju technologii i planują zademonstrować możliwość wysłania energii z orbity na Ziemię po raz pierwszy w 2028 roku. Nie będzie to komercyjna elektrownia, a raczej misja demonstracyjna na niską orbitę okołoziemską. Mimo to byłby to świetny rozwój, gdyby działał.

W Stanach Zjednoczonych California Institute of Technology wystrzelił na początku stycznia 2023 r. satelitę demonstracyjnego technologii o nazwie Space Solar Power Demonstrator (SSPD). Nie jest on przeznaczony do wysyłania energii na Ziemię, ale testuje różne typy ogniw słonecznych i inne technologie, które mogłyby być wymagane w pełnej elektrowni orbitalnej.

„Oczywiście mamy trochę do nadrobienia” – mówi Vijendran.

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem europejskim, w ciągu trzech lat Solaris wróci na kolejne spotkanie europejskich ministrów nauki, aby poprosić o pieniądze na budowę rzeczywistych satelitów i rozpoczęcie skalowania technologii w coś, co będzie opłacalne komercyjnie.

„Solaris jest pomostem do zweryfikowania, czy jest to naprawdę możliwe i czy naprawdę pomaga, zanim poprosimy o miliardy euro” – mówi Vijendran.